弹性车轮制造技术

一种用于汽车或其它机动车上的弹性车轮，其弹性车辐通过压缩锁紧呈碟状，具有承受压缩、扭转、横向力等多种载荷的特殊形状结构，能够缓和车辆起动、制动以及其它外界冲击载荷，减小了各零部件应力尺寸，因而，减轻了自重，提高了动力性、燃料经济性以及行驶安全性等多种性能，同时，节省材料，降低油耗以及省去悬架和防抱装置，从而大大降低了制造成本和使用费用。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术用于汽车或其它机动车中的车轮装置。现有汽车和其它机动车的车轮是由轮胎、轮辋、轮辐和轮毂等部件组成。由于轮辋、轮辐和轮毂是刚性元件，因此，对于刚性轮辐来说，这种车轮可示为刚性车轮。在汽车行驶中，为缓和冲击，除了采用弹性的冲气轮胎外，还采用了如钢板弹簧(属于非独立悬架)或螺旋弹簧(多数属于独立悬架)等弹性元件，此外，还设有减振器，使受到冲击后转为弹性振动中的振幅迅速衰减。由上述弹性元件、减振器以及保证弹性元件振动轨迹的导向机构组成现有汽车的悬架。无论是非独立悬架还是独立悬架，其振动轨迹都是竖直方向，因而现有汽车悬架主要是承受来自地面垂直方向的冲击，而对汽车起动、制动以及其它方向上的冲击载荷不能得到缓和。由于这些不能得到缓和的冲击作用，使得现有汽车产生的应力远高于正常行驶中的应力，零部件承受的高应力需加大其尺寸及体积，零部件体积的加大导致增大汽车质量，即增加汽车自重，而汽车自重的增加需要加大动力、消耗更多的燃油，因此，大大提高了制造成本和使用费用。同时大量燃油废气会加重环境污染，各种冲击载荷会降低制动稳定性、操作稳定性以及行驶安全性。这些冲击作用的存在，是导致上述系列重要问题的主要因素。本专利技术的目的是设计出一种弹性车轮(具有弹性轮辐的车轮)来代替现有汽车或其它机动车中的刚性车轮，缓和汽车起动、制动以及其它外界各种冲击载荷，降低各零部件应力，减轻汽车自重，节约燃油，增大动力性，提高行驶安全性，改善环境污染，同时省去现有汽车的悬架系和制动系统中的防抱装置，从而大大降低了制造成本和使用费用。弹性车轮是由弹性实心轮胎、轮辋、弹性轮辐和轮毂等部件组成。弹性轮辐是由圆锥螺旋弹簧和两个锁紧套组成，两个螺旋方向相反的圆锥螺旋弹簧大端对扣，且与两个锁紧套连接成碟状弹性轮辐。附图说明图1a、图1b、图1c和图1d分别示出圆柱螺旋弹簧和圆锥螺旋弹簧上端受到横向力P作用下，且在有、无正压力N压缩情况下，其变形后，上端轴心偏离原轴心距离分别为L1、L2、L3和L4。圆柱螺旋弹簧L1最大，圆锥螺旋弹簧L4最小，所以，压缩后的圆锥螺旋弹簧稳定性最好，可以承受较大的横向载荷。图2示出圆锥螺旋弹簧大端对扣压缩呈碟状(图中实线所示)，即构成碟状弹性轮辐，虚线是由代表汽车重力载荷P作用下弹性轮辐变形后所产生的，O为原碟状弹性轮辐轴心(轮辋轴心)，O1为变形后碟状弹性轮辐轴心(轮毂轴心)，两大端接触面为碟状弹性轮辐对称平面。由于载荷P位于垂直于碟状弹性轮辐轴心的圆截面上，根据圆心对称性，指向轴心载荷P可位于圆截面中任何方向上，作用在轮辐上的载荷是等价的。图3中，Q圆是轮毂轴心O1在汽车重力载荷P作用下车轮滚动中绕轮辋轴心O所行成的轨迹，OO1为Q圆轨迹半径。弹性车轮在装配到汽车上时与该车前进方向有关，从汽车后端向车头看去，碟状弹性轮辐对称面的左边为左旋圆锥螺旋弹簧，右边为右旋圆锥螺旋弹簧。由于汽车弹性元件移至弹性车轮的轮辐中，因而可省去悬架系。该车非簧载质量仅为弹性实心轮胎、轮辋和部分弹性轮辐等元件之和，比刚性车轮汽车非簧载质量(按独立悬架比较)减小一倍以上，簧载质量(除去悬架系)则相应增加制动器、轮毂、半轴或外半轴、转向节或等角速万向节等部件，因而簧载质量与非簧载质量比值比刚性车轮中的比值大一倍以上。悬架系的省去，使车身和车架与传动系和车桥构成一个刚性整体，其质心也有所降低。按弹簧结构形状不同可分为承受不同形式载荷的多种类型弹簧，碟状弹性轮辐有其特殊形状结构，能用于承受压缩、扭转以及垂直于其轴心的横向载荷等多种功能。图4a和图4b分别示出汽车起动和汽车制动时轮毂与轮辋之间弹性轮辐所受相反方向的扭转情况。汽车起动时，轮毂顺着汽车前进时车轮滚动方向旋转，轮辋并没有马上转动，两者产生相对转动，碟状弹性轮辐蓄能扩张(圆锥螺旋弹簧的直径增大)产生动力矩M，并带动轮辋逐渐加速转动，然后碟状弹性轮辐在弹性恢复力作用下释放能量，待其恢复原状后，轮辋停止加速，汽车起动完毕。从碟状弹性轮辐蓄能到释放结束，弹性车轮整个加速时间远比刚性车轮加速时间为长，因而，弹性车轮能够缓和汽车起动时的扭矩冲击载荷(图4a)。同理，汽车制动时，弹性车轮能够缓和汽车制动时的惯性力矩(图4b)。只是轮毂因制动停止转动，轮辋在惯性力矩作用下继续转动，碟状弹性轮辐紧缩(圆锥螺旋弹簧直径减小)，产生阻力矩M，使轮辋逐渐减速。同时，与汽车车架连接一体的轮毂轴心在惯性力的作用下向前位移O1O2，因而，弹性车轮缓和了制动前冲惯量。在图5中弹性车轮受到地面坡坎冲击，N为冲击点反力，F为摩擦力，R为冲击点全反力，全反力R与力臂OD产生阻力矩M，逐渐减低弹性车轮转速，同时，轮毂轴心O1在惯量作用下沿反力N作用线平移至O2，从而消耗掉地面坡砍冲击载荷。OO2是OO1与O1O2的位移矢量和，其长度比OO1距离长，其方向是任意的。因此，弹性车轮完全能够缓和位于汽车纵向对称平面内任何方向的碰幢冲击。如果汽车受到正面冲幢，它将立刻减速乃至停止前进，轮辋在惯性力作用下继续转动，轮辋轴心在超过轮毂轴心一段距离后车轮停止转动，因而汽车前冲惯量得到了缓和。而轮轴及轮毂在惯性力矩的作用下仍继续转动，轮辋与轮毂产生相对转动，碟状弹性轮辐蓄能扩张，随后释放能量，产生阻力矩，使轮毂逐渐减速，从而汽车前冲惯性力矩得到了缓和。如果汽车受到后面冲幢，上述过程情况与此相反，缓和效果相同。弹性车轮中压缩预紧后的碟状弹性轮辐轴向刚性较大，但在一定程度上仍能缓和来自汽车两侧的冲幢。由于弹性车轮能够缓和汽车制动冲击载荷，从而可以防止制动跑偏、侧滑等不安全因素，所以，该车可以省去制动系统中的防抱装置。具有弹性车轮的汽车，在行驶中，会产生三个方向振动和三个角振动纵向振动、横向振动、垂直振动和横向角振动、纵向角振动、偏转振动，如惯性力矩引起的车轮扭转振动产生纵向振动、惯性力引起的轮辋轴心与轮毂轴心之间的位移差产生的纵向角振动、由该车左右两轮辋轴心竖直高度差产生的横向角振动以及由该车左右两轮辋轴心纵向长度差产生的偏转振动等，其刚性整体部分(簧载质量)如悬置于弹性车轮中，所以，该车可称作悬浮式汽车。由于组成弹性轮辐的圆锥螺旋弹簧具有非线性变载刚性自衰减特性，不会产生共振现象，其振幅衰减较快，因此，弹性车轮振动振幅较小。又由于该车簧载质量与非簧载质量比值比刚性车轮中的比值大一倍以上，因此，具有弹性车轮的汽车振动频率较低。考虑到弹性车轮上下装卸以及充气轮胎使用维护上的不便，弹性车轮轮胎可采用弹性实心轮胎，该轮胎由两部分组成外胎(19)和内充实心弹性材料(20)。具有弹性车轮的悬浮式汽车能够缓和汽车起动、制动以及其它外界各种冲击载荷，使自身抵抗能力大为提高，因此，其车身、车架、传动系、车桥等各零部件所需应力尺寸相应减小，从而导致该车自重大为降低。该车质量的减小，可提高其动力性和燃料经济性，同时节省燃油，改善环境污染。该车能够防止制动跑偏、侧滑等不安全因素，从而提高了制动稳定性。该车振动振幅和振动频率都较小，从而提高了行驶平顺性。该车刚性整体部分质心的降低，可提高操作稳定性。制动稳定性、操作稳定性以及自身抵抗能力的提高，可进一步提高行驶安全性。由于各零部件体积减小相应大量节省了原材料以及悬架系和防抱装置的省去，使得该车制造成本大为降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆弹性车轮，由弹性实心轮胎、轮辋、弹性轮辐和轮毂等部件组成，其特征在于，弹性轮辐由左、右旋圆锥螺旋弹簧（１３，９）大端对扣被大、小锁紧套压缩连接组成，其形呈碟状。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖川，
申请(专利权)人：刘祖川，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]